新型运载火箭结构优化设计与试验验证

伴随着运载火箭大型化与重型化的趋势,结构优化技术在火箭轻量化设计中扮演着越来越重要的角色,同时更高精度的试验、测试以及更高置信度的分析评估需求也日益凸显.本文首先对运载火箭结构轻量化设计方法进行概述;然后针对几种典型密封类与非密封类结构优化案例及新型运载火箭结构中的不确定性优化方法进行了重点介绍,并对优化结果进行了试验...     

基于卷积神经网络的运载火箭测发网络流量异常检测技术

运载火箭测发网络是维系各型号运载火箭远距离测试及发射控制的重要国防基础设施,对测发网络流量进行异常检测是保证其正常工作的关键举措。近年来,随着测发网络功能的拓展,其面临的网络安全威胁越来越严重,而当前的安全检测主要依赖于基于异常特征库匹配的流量异常检测方法,这种检测方法对一些新型攻击检测能力非常有限。本文结合运载火箭测发网络实际特点,针对以使用用户数据报协议(UDP)为主的测发网络流量,设计一种新的基于固定数据包数目的流量图片样本生成方法,首次提出在测发网络流量异常检测问题上使用卷积神经网络,以原始网络流量作为输入,避开难以解决的人工特征集设计问题。通过测发网络真实网络流量数据进行实验,取得了较高的精度、召回率和准确率,验证了本方法具备一定的实用性。     

精密单点定位零基准非差模糊度固定方法

精密单点定位作为一种全球卫星导航系统高精度定位方法,模糊度固定是决定其定位精度和收敛时间的关键因素,也是实现精密单点定位完好性监测的前提条件。传统的精密单点定位模糊度固定方法采用星间差分的形式,忽略了卫星端相位偏差的快速变化特性,当切换基准卫星时导致用户计算复杂度增加,甚至需要重新固定模糊度。针对上述问题,设计了一种零基准非差相位模糊度固定方法：服务端采用零基准条件估计卫星端硬件偏差小数部分,用户端使用服务端产品固定非差载波相位模糊度,从而得到精密单点定位模糊度固定的坐标解。创新设计一种偏差零基准精密单点定位模糊度固定策略,实现了非差形式的模糊度固定,从而避免参考星的切换所带来的精密单点定位模糊度重新固定问题,并且能够为精密单点定位完好性监测提供算法基础。实验验证结果表明,零基准模糊度固定方法的坐标估计精度优于3cm,相比浮点解精密单点定位方法提高30%～44%,并且能够改善E方向与N方向的精度差异。     

角加速度反馈在再入段控制中的应用

针对再入飞行器滚动通道产生较大的滚动角及滚动角速率,给出了一种能够有效地减小滚动角和滚动角速率的方法。该方法引入滚动角加速度信号反馈,并采用逆系统方法设计控制器。数学仿真结果表明,引入角加速度信号后,通过对干扰力矩的补偿,可以很大程度上减小再入飞行器的滚动角和滚动角速率,滚动角可以稳定在±5°范围以内。该方法将有利于减弱通道之间的耦合,提高再入飞行器再入段控制的精度。     

一种新的基于粗集的辐射源信号识别模型

粗糙集理论作为一种新的处理含糊和不确定性问题的数学工具,已成为国际学术界的一个前沿的研究领域。在深入研究粗糙集理论的基础上,将其引入辐射源识别问题中,给出了一种基于粗糙集的辐射源信号识别模型。同时给出了一种不依赖先验知识确定辐射源识别权值的新方法,并提出了一种新的分类规则。最后,进行了计算机仿真实验,并与经典的模糊模式识别及统计模式识别方法进行了比较,实验结果证明了该方法的优势和有效性。     

编队卫星星间基线的高精度测量方法研究

星间基线的高精度测量是卫星编队飞行需要解决的一项关键技术。从星间基线的表示出发,通过对目前常用相对状态测量手段的测量元素进行比较,筛选出无线电、红外、激光等三种可行的基线测量手段;然后,再针对编队卫星关注的测量精度、数据率、信号覆盖、作用距离等四个方面作详细的分析比较;最后根据比较的结果,提出了两种可行的基线测量方案。从理论上讲,这两个方案均能实现毫米级的测距精度和角秒级的测角精度。     

一种未来大型天地往返运输系统平台气动方案

针对未来低运行成本、可直接水平起降、重复使用的大型天地往返运输系统平台飞行器研制所需重点解决的全速域气动力性能需求与气动热防护匹配等难题,分析了典型航天飞机方案所存在的能量运行缺陷等主要问题及可能的改善方案。基于放宽气动热防护设计、涡轮/冲压/火箭发动机三动力组合、嵌套式旋转机翼全速域变体、在爬升阶段将飞行动能转化为高度势能以及再入阶段“跳跃式”盘旋减速飞行轨迹控制等设计思想,从能量损失速率控制和回收利用等角度出发,开展了一种新型大型天地往返运输系统平台气动布局概念设计研究。全速域气动力/热性能工程估算以及内/外流整体气动效能初步分析结果表明,该方案可有效满足整个飞行包线内的升重平衡需求,相比航天飞机方案具有显著的整体气动效能优势,值得进一步开展深入研究。     

带轴对称台阶的圆锥高超声速边界层转捩试验

在Ma 6风洞内,通过高频脉动压力测试技术和基于纳米粒子示踪的平面激光散射(NPLS)技术,分别对带前向、后向轴对称台阶的圆锥高超声速边界层转捩进行了试验研究。采用功率谱密度分析和互相关计算等方法对脉动压力数据进行分析,得到了边界层中扰动波的发展规律,定量分析了第二模态波的相关参数。结果显示：两种模型中第二模态波在沿流向向下游发展的过程中,其幅值均先增大再衰减、特征频率均逐渐减小;特征频率和传播速度整体上均随雷诺数的增大而增加(后台阶模型中特征频率由100 kHz增至196 kHz,前台阶中则由 97 kHz 增至174 kHz)、波长变化规律则与之相反(后台阶中由6.35 mm降至4.54 mm,前台阶由7.35 mm降至 4.66 mm );后台阶模型中第二模态波初次出现位置比前台阶中更靠近上游,边界层转捩位置较前台阶前移。将NPLS结果与高频脉动压力测试结果进行对比,两者吻合较好。     

一种主动悬架式火星车稳定裕度优化控制策略

针对火星车在非结构化环境下行驶存在的稳定性不足而导致倾覆的风险,提出针对一种六轮主动悬架式火星车的稳定裕度优化控制方法。首先,考虑了火星车悬架机构调整过程中车轮与接触地面滑移和侧倾等运动关系,建立和完善了六轮主动悬架式火星车行驶的运动学模型。然后,以火星车夹角调整机构角度为变量,推导火星车在非结构环境下的稳定裕度模型。之后,使用内点法求解火星车稳定裕度的最优解,并获得期望的夹角调整机构关节角度。在此基础上,对夹角调整机构的关节角度进行规划和控制,实现火星车悬架机构构型的调整,从而提高火星车在非结构化环境下行驶的稳定裕度。最后,对火星车稳定裕度优化控制策略的有效性进行仿真验证,结果表明,所提出的控制方法可有效提高火星车在非结构化环境下行驶的稳定裕度。     

超声速三维进气道内激波干扰的研究

为了为三维进气道的设计提供有用的分析数据,对高超声速和超声速来流下三维进气道内激波干扰进行了理论和数值研究。进气道模型选取"箱式"以及三面侧压进气道作为研究对象。理论分析采用了"空间降维"方法,即将进气道各个角落处的三维双楔定常激波干扰问题转换为二维非定常激波干扰问题,并利用激波动力学对其进行求解。数值验证方法利用2阶NND差分格式求解三维无粘欧拉方程,网格数量为1200多万,并采用MPI并行进行计算。该理论分析方法很好地对进气道各个角落处的激波干扰波系结构进行了判别,并得到了干扰区马赫构型三波点附近以及规则构型反射点附近的解析解,理论分析结果与数值模拟结果吻合较好。此外,针对进气道截面内各个流场区域的总压恢复系数以及压力、密度和温度进行了研究,并考虑了箱式进气道和三面侧壁压缩进气道内的流场区域的非均匀性,干扰区马赫杆后的总压损失要比其他区域高10%左右。通过研究表明,"空间降维"方法适用于进气道压缩部分,将为进气道的设计和性能评估提供一种理论分析手段。